O que é ZkEVM e como Pode Melhorar o Ecossistema Ethereum?

A Ethereum é uma das principais plataformas blockchain do mundo, conhecida por sua capacidade de executar contratos inteligentes. No entanto, nos últimos anos, a tecnologia de prova de conhecimento zero (ZKP) tem ganhado destaque no espaço blockchain. A combinação da tecnologia ZKP com a Ethereum levou ao desenvolvimento da ZkEVM, uma máquina virtual de conhecimento zero que oferece suporte a aplicativos descentralizados (DApps) e aprimora as capacidades dos rollups de conhecimento zero (zk-rollups) na Ethereum.

Neste artigo, vamos explorar em detalhes o que é ZkEVM, como funciona e como ele pode melhorar o ecossistema Ethereum. Vamos mergulhar fundo nesse assunto e entender como essa tecnologia pode impulsionar a adoção de DApps e melhorar a segurança e a privacidade na rede Ethereum.

O que são zk-rollups?

Antes de mergulharmos na ZkEVM, é importante entender o conceito de zk-rollups. Um rollup é uma solução de escalabilidade que agrupa várias transações fora da blockchain principal e as envia de volta para a rede principal como uma única transação. Essa abordagem aumenta a taxa de transferência e reduz o custo de execução das transações.

No contexto da Ethereum, um zk-rollup é um tipo específico de rollup que utiliza a tecnologia de prova de conhecimento zero. Essa tecnologia criptográfica permite verificar a validade de uma informação sem revelar a informação em si. Com os zk-rollups, não é necessário publicar todos os dados de transação na mainnet da Ethereum. Em vez disso, apenas as diferenças de estado e as provas de validade são necessárias, o que reduz as taxas de gas.

A segurança dos zk-rollups é garantida pela criptografia de prova de conhecimento zero, que utiliza meios criptográficos para verificar a prova e alcançar um estado sem a necessidade de confiança. Isso é diferente de outros tipos de rollups, como os optimistic rollups, que dependem da economia da teoria dos jogos para garantir a segurança.

O que é EVM?

Antes de entendermos como a ZkEVM funciona, é importante ter uma compreensão básica da EVM (Ethereum Virtual Machine). A EVM é uma máquina de estados na qual o sistema de contas e os contratos inteligentes da Ethereum são executados. Cada execução de contrato inteligente aciona a EVM para fazer a transição de um estado antigo para um novo estado. A EVM define as regras para calcular novos estados válidos de um bloco para outro.

O conceito de estado é fundamental na Ethereum. É uma estrutura de dados de árvore de Merkle que representa o estado atual da Ethereum e permite que qualquer pessoa rastreie informações de transação desde o bloco atual até o bloco de gênese. Todos os nós envolvidos na manutenção da Ethereum existem para garantir a continuidade e o consenso, o que permite que cada nó consulte o estado atual exato. A EVM desempenha um papel fundamental na manutenção dessa consistência.

Como a ZkEVM funciona?

Por padrão, a EVM não oferece suporte para ZKPs. O objetivo da ZkEVM é garantir a continuidade do estado da Ethereum, fornecendo uma prova de que todas as informações estão corretas. Para fazer isso, a ZkEVM replica o ambiente da Ethereum como zk-rollups. Ela pega o estado inicial, calcula todas as transações e gera um novo estado atualizado juntamente com uma prova de conhecimento zero correspondente. Essa prova é enviada a um contrato inteligente que verifica a precisão dos dados sem precisar verificar todas as transações individualmente.

Uma das vantagens da ZkEVM é que os desenvolvedores podem transferir facilmente DApps e contratos inteligentes da Ethereum para zkEVMs, sem a necessidade de fazer todo o trabalho de desenvolvimento da ZKP. Isso ocorre porque as zkEVMs são baseadas na EVM e oferecem compatibilidade com as ferramentas e a linguagem de programação (Solidity) da EVM. Além disso, as zkEVMs também permitem a troca de tokens e pagamentos previamente suportados sem zkEVMs.

Graças à compatibilidade com a EVM, os desenvolvedores podem criar novos produtos usando as mesmas ferramentas e a linguagem de programação da EVM, ao mesmo tempo em que desfrutam da segurança aprimorada proporcionada pela ZkEVM. Isso também se aplica aos usuários, que podem continuar usando os mesmos DApps e ferramentas que já conhecem, mas com maior segurança e privacidade.

Compatibilidade EVM vs. Equivalência EVM

Ao falar sobre ZkEVM e outras blockchains compatíveis com a EVM, é importante entender a diferença entre compatibilidade EVM e equivalência EVM. Quando uma blockchain é compatível com a EVM, isso significa que ela oferece um ambiente capaz de implantar DApps escritos na linguagem de programação Solidity. A linguagem Solidity é projetada para o desenvolvimento de contratos inteligentes executados na rede Ethereum.

Na prática, os desenvolvedores da Ethereum podem copiar facilmente códigos de DApps existentes na Ethereum e implantá-los em outras redes compatíveis com a EVM com poucas modificações necessárias. Isso significa que os endereços são compatíveis com carteiras convencionais, como Metamask e Trust Wallet. Atualmente, algumas das principais blockchains compatíveis com a EVM incluem BNB Chain, Avalanche C-Chain e Polygon.

Por outro lado, a equivalência EVM significa que, do ponto de vista do desenvolvedor de DApps, os rollups de camada 2 são quase idênticos à camada 1 da Ethereum. Essa equivalência permite que os desenvolvedores aproveitem a infraestrutura existente da Ethereum, como as ferramentas de depuração de bugs e a infraestrutura de desenvolvedor, ao mesmo tempo em que desfrutam de taxas de gas mais baixas e maior escalabilidade.

Diferentes tipos de ZkEVMs

Existem diferentes tipos de ZkEVMs, cada um com suas vantagens e desvantagens em termos de eficiência de desempenho ZKP e compatibilidade EVM. O fundador da Ethereum, Vitalik Buterin, categorizou as ZkEVMs em quatro tipos principais, que variam em termos de equivalência com a Ethereum e eficiência de desempenho ZKP.

Tipo 1: Equivalência em nível de consenso

O tipo 1 de ZkEVM, também conhecido como enshrined rollup, é completamente equivalente à Ethereum em nível de consenso. As transações e o estado blockchain da ZkEVM são idênticos aos da Ethereum. Isso significa que as ZkEVMs de tipo 1 podem ser introduzidas diretamente na mainnet da Ethereum, oferecendo mais escalabilidade à própria Ethereum. No entanto, a eficiência ZKP é extremamente baixa nesse tipo de ZkEVM e requer uma grande quantidade de poder computacional para verificação.

Tipo 2: Equivalência em nível de bytecode

O tipo 2 de ZkEVM é completamente equivalente à EVM, mas não à Ethereum. Ele difere da Ethereum em termos de estruturas de dados e exclui algumas operações de stack incompatíveis com ZKPs. No entanto, é totalmente compatível com os DApps existentes, ferramentas de depuração e infraestrutura de desenvolvedor da Ethereum. Embora a equivalência em nível de bytecode possa acelerar os tempos de verificação, a eficiência ZKP ainda é limitada.

Tipo 2.5: Semelhante ao tipo 2, mas com modificações nas taxas de gas

O tipo 2.5 é semelhante ao tipo 2 em termos de equivalência em nível de bytecode, mas possui taxas de gas ligeiramente mais baixas.

Tipo 3: Equivalência em nível de bytecode – quase equivalente à EVM

O tipo 3 de ZkEVM sacrifica ainda mais a compatibilidade em troca de maior eficiência ZKP. Isso significa que algumas funções difíceis de implementar na ZkEVM, como pre-compilações, precisam ser reescritas em DApps que exigem essas funções.

Tipo 4: Equivalência em nível de linguagem de desenvolvimento

O tipo 4 de ZkEVM oferece o melhor desempenho ZKP, mas a compatibilidade com a EVM é relativamente menor em comparação com os outros tipos.

Considerações finais

A implementação da ZkEVM tem como objetivo ampliar o suporte à computação ZKP para a execução de contratos inteligentes e estender os DApps a todos os protocolos compatíveis com a EVM. Além disso, a tecnologia ZKP tem potencial para ser aplicada em casos de uso da Web2, tornando os aplicativos da Web3 mais práticos e fáceis de usar para usuários acostumados com os navegadores de internet tradicionais.

A ZkEVM traz benefícios como maior segurança, privacidade e escalabilidade para o ecossistema Ethereum. À medida que mais projetos e desenvolvedores adotam essa tecnologia, podemos esperar uma expansão significativa dos DApps e uma maior adoção da Web3.